距离对冠层温度传感器的影响及误差修正

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1、2015年4月农机化研究第4期距离对冠层温度传感器的影响及误差修正1，212靳崇，陈天华，董大明(1．北京工商大学计算机与信息工程学院，北京100048;2．国家农业信息化工程技术研究中心，北京100097)摘要:作物冠层温度是其内部代谢与环境条件共同作用的结果，因此冠层温度的准确测量对于调节适宜农作物生长的环境条件具有重要意义，而红外测温是对冠层温度测量的主要方法之一。为此，从红外测温原理入手，得出探测距离是影响测温精度的因素之一。在室内环境温度一定的条件下，设计了距离对红外测温系统影响的实验。结果表明，随着探测距离的增加，测量误差逐渐增大至1．3℃

2、，并基于此提出了距离补偿模型。经田间实验验证，测量误差减小到0．2℃以内，该修正模型有效地减弱了测量距离的影响。关键词:冠层温度;红外测温;误差分析;距离补偿中图分类号:S126文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0159－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.038Tanner第1次提出了用红外测温仪来测定作为冠0引言［9］层温度。Wang等研制了一款具有53．2°大视场角董振国等把冠层温度定义为作物茎、叶表面温度的红外传感器，用于作物冠层温度的测量。通过实验［1］的平均值。作物冠层温度反映了作

3、物和大气之间发现:当传感器距离超过60cm后，测量温度降低［10］的能量交换，与其能量的吸收和释放有关，因此冠层了1．4℃。O’Shaughnessy等设计了一个视场角温度与作物水分状况密切相关，对冠层温度的监测是10°的标准无线红外传感器，并在15、25、35、45℃等4提高作物产量和质量的重要手段之一。梁银丽等通个环境温度下通过标准黑体与被测物体的温度测量［11］过对冬小麦在不同土壤水分条件下拔节期冠层温对比，肯定了该传感器的测温准确性;但该研究也度—气温差变化规律随生长发育变化状况的研究，得没有讨论距离对测量结果的影响以及补偿方法。为［2］出冠气

4、温差能合理反映土壤水分变化状况。Chau-此，本文在Wang等研制的传感器的基础上开展了距han等研究表明，土壤水分损失越严重，冠层温度越离影响的研究，主要目标是:①明确距离对传感器的［3］高。Zhang等通过对处于开花期的水稻在不同水分影响机理;②提出一种对距离影响的补偿的消减方条件下的调查发现，当冠层温度低于空气温度时，土法。［4］壤水分越少，其冠层温度越高。Thumer等通过对水1距离影响红外测温的理论分析分胁迫、冠层温度、叶片卷曲与生长发育状况的关系［12］的研究发现，在土表0～30cm的范围的内，随着土壤红外测温基础是普朗克定律，即－5C2/

5、λT－1水分的下降，冠层温度与气温差值增大，水稻叶片卷Ebλ=C1λ·［e－1］(1)［5］曲度增加。Stavrinides等评价了作物水分状况和叶其中，Ebλ为黑体光谱辐射能量密度;C1、C2分别为面温度之间的关系，并且发现环境空气温度每升高第1、第2辐射常数;λ为波长。［6］1℃，朝南的叶子叶面温度会显著升高0．8℃。李向实际测温中，红外探测器接收的辐射包括目标自阳等研究发现，小麦灌浆期的冠层温度与作物产量呈身的辐射、对周围环境辐射的反射辐射和大气固有辐［7］［13］负相关性，且随着灌浆的推移该趋势越显著。樊廷射。因此，探测器接收到的辐射照度可表示

6、为录等通过对灌浆中后期冬小麦的研究发现，冠层温度Eλ=τaλελEbλ(To)+τaλ(1－αλ)Ebλ(Tu)+2［8］每升高1℃，产量减少近280kg/hm。εaλEbλ(Ta)(2)其中，To为被测物体表面温度;Tu为环境温度;Ta收稿日期:2014－04－25为大气温度;ελ为表面发射率;αλ为表面吸收率;τaλ为基金项目:国家“863计划”项目(2013AA10230503);北京市自然科大气透射率;εaλ为大气发射率。学基金项目(4131002)根据进入探测器的辐射照度，文献［14］为推倒出作者简介:靳崇(1989－)，男，山西霍州人，硕士

7、研究生，(E－mail)jinchong0319@qq．com。了被测物体表面真实温度的计算公式为·159·2015年4月农机化研究第4期1/n11nn1n～50℃量程的工业水银温度计;含刻度的支架(用来To={［Tr－(1－αλ)Tu－(－1)Ta］}(3)ελτaλτaλ悬挂红外测温传感器和水银温度计)。其中，To为被测物体表面温度;Tr为被测物体等辐实验条件:室温:18．1℃(7:00)，22．5℃(12:射量的黑体温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度(通常00)。实验过程中，仅仅考虑了距离的变化造成红外情况下可认为Tu=Ta)。测温传感器测温误

8、差，假定每次的测量过程中环境温从公式(3)中可以看出，在目标物体发射率、吸收度和水温都是恒定的